JP4781431B2 - 不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法 Download PDF

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Description

本発明は、抵抗値が異なる複数の抵抗状態を記憶する抵抗記憶素子を用いた不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法に関する。
近年、新たなメモリ素子として、ReRAM(Resistance Random Access Memory:抵抗変化メモリ)と呼ばれる不揮発性半導体記憶装置が注目されている。ReRAMは、抵抗値が異なる複数の抵抗状態を有し、外部から電気的刺激を与えることにより抵抗状態が変化する抵抗記憶素子を用い、抵抗記憶素子の高抵抗状態と低抵抗状態とを例えば情報の“0”と“1”とに対応づけることにより、メモリ素子として利用するものである。ReRAMは、高速性、大容量性、低消費電力性等、そのポテンシャルの高さから、その将来性が期待されている。
抵抗記憶素子は、電圧の印加により抵抗状態が変化する抵抗記憶材料を一対の電極間に挟持したものである。抵抗記憶材料としては、代表的なものとして遷移金属を含む酸化物材料が知られている。
図11に、抵抗記憶素子の電気特性を示す。図11に示すように、高抵抗状態にある抵抗記憶素子に電圧を徐々に印加していくと、電圧がある値(セット電圧Vset)を超えたところで急激に抵抗値が減少し、抵抗記憶素子は低抵抗状態に遷移する。この動作を、一般に「セット」と呼ぶ。一方、低抵抗状態にある抵抗記憶素子に電圧を徐々に印加していくと、電圧がある値(リセット電圧Vreset)を超えたところで急激に抵抗値が増加し、抵抗記憶素子は高抵抗状態に遷移する。この動作を、一般に「リセット」と呼ぶ。
これら動作により、抵抗記憶素子に単純に電圧を印加するだけで、抵抗記憶素子の抵抗状態を制御することができる。データの読み出しは、リセットを起こさない程度の電圧を印加したときに素子に流れる電流値を測定することにより可能である。
特開2005−025914号公報 I. G. Baek et al., "Highly scalable non-volatile resistive memory using simple binary oxide driven by asymmetric unipolar voltage pulses", Tech. Digest IEDM 2004, p.587
しかしながら、抵抗記憶素子に単純に電圧を印加して低抵抗状態から高抵抗状態に抵抗状態をリセットする手法では、低抵抗状態から高抵抗状態への抵抗状態の変化に伴う抵抗値の増大により、リセット直後の抵抗記憶素子には、リセット電圧を超える過大な電圧が印加されてしまう。この電圧がセット電圧よりも高いと、抵抗記憶素子は高抵抗状態から再び低抵抗状態に遷移してしまい、正常な書き込み動作を行うことができない。
また、抵抗記憶素子を高抵抗状態から低抵抗状態にセットする場合には、高抵抗状態から低抵抗状態への抵抗状態の変化に伴う抵抗値の急激な減少により、抵抗記憶素子には過大な電流が流れてしまう。このため、セットの動作にあたっては、選択トランジスタや抵抗記憶素子等の破壊を防止するために、電流制限を行うことが不可欠である。
本発明の目的は、正常な書き込み動作及びセット動作の際の電流制限を容易に実現しうる不揮発性半導体記憶装置の構造及びその書き込み方法を提供することにある。
発明の観点によれば、高抵抗状態と低抵抗状態とを記憶し、電圧の印加によって前記高抵抗状態と前記低抵抗状態とを切り換える抵抗記憶素子と、ドレイン端子が前記抵抗記憶素子の一方の端部に接続され、ソース端子が基準電圧に接続された第1のトランジスタと、ソース端子が前記抵抗記憶素子の他方の端部に接続された第2のトランジスタとを有する不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法であって、前記第2のトランジスタを介して前記抵抗記憶素子に書き込み電圧を印加して前記低抵抗状態から前記高抵抗状態に切り換える際に、前記第2のトランジスタのゲート端子に印加する電圧を、前記抵抗記憶素子のリセット電圧と前記第2のトランジスタの閾値電圧との合計以上、前記抵抗記憶素子のセット電圧と前記閾値電圧との合計未満の値に設定することにより、前記抵抗記憶素子に印加される電圧を、前記リセット電圧以上、前記セット電圧未満の値に制御することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法が提供される。
また、本発明の他の観点によれば、高抵抗状態と低抵抗状態とを記憶し、電圧の印加によって前記高抵抗状態と前記低抵抗状態とを切り換える抵抗記憶素子と、ドレイン端子が前記抵抗記憶素子の一方の端部に接続され、ソース端子が基準電圧に接続された第1のトランジスタと、ソース端子が前記抵抗記憶素子の他方の端部に接続された第2のトランジスタと、前記抵抗記憶素子を前記高抵抗状態から前記低抵抗状態に切り換える際に、前記第1のトランジスタのチャネル抵抗が、前記抵抗記憶素子が高抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に小さく且つ前記抵抗記憶素子が低抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に大きくなるように、前記第1のトランジスタのゲート端子に印加する電圧を制御し、前記抵抗記憶素子を前記低抵抗状態から前記高抵抗状態に切り換える際に、前記第2のトランジスタのゲート端子に印加する電圧を、前記抵抗記憶素子のリセット電圧と前記第2のトランジスタの閾値電圧との合計以上、前記抵抗記憶素子のセット電圧と前記閾値電圧との合計未満の値に設定することにより、前記抵抗記憶素子に印加される電圧を、前記リセット電圧以上、前記セット電圧未満の値に制御する制御回路とを有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置が提供される。
本発明によれば、高抵抗状態と低抵抗状態とを記憶し、電圧の印加によって前記高抵抗状態と前記低抵抗状態とを切り換える抵抗記憶素子と、ドレイン端子が抵抗記憶素子の一方の端部に接続され、ソース端子が基準電圧に接続された第1のトランジスタと、ソース端子が抵抗記憶素子の他方の端部に接続された第2のトランジスタとを有する不揮発性半導体記憶装置を構成し、第2のトランジスタを介して抵抗記憶素子に書き込み電圧を印加して高抵抗状態から低抵抗状態に切り換える際に、第1のトランジスタのチャネル抵抗が、抵抗記憶素子が高抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に小さく且つ抵抗記憶素子が低抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に大きくなるように、第1のトランジスタのゲート端子に印加する駆動電圧を制御するので、抵抗記憶素子が低抵抗状態に切り換わった直後に書き込み電圧の殆どを第1のトランジスタに印加することができる。これにより、素子に流れる電流を制限することができる。
また、第2のトランジスタを介して抵抗記憶素子に書き込み電圧を印加して低抵抗状態から高抵抗状態に切り換える際に、第2のトランジスタのゲート端子に印加する電圧を、抵抗記憶素子のリセット電圧と第2のトランジスタの閾値電圧との合計以上、抵抗記憶素子のセット電圧と前記閾値電圧との合計未満の値に設定することにより、抵抗記憶素子に印加される電圧を、リセット電圧以上、セット電圧未満の値に制御するので、抵抗記憶素子が高抵抗状態に切り換わった直後に抵抗記憶素子に印加される電圧をセット電圧未満に抑えることができる。これにより、抵抗記憶素子が再セットされるのを防止することができる。
また、上記第2のトランジスタとしては、ビット線を選択するコラムセレクタを適用することができる。したがって、メモリセルの基本構成の変更や集積度の低下をもたらすことなく、上記効果を奏することができる。
本発明の第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造を示す回路図である。 本発明の第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法(セット動作)を示す回路図である。 本発明の第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法(リセット動作)を示す回路図である。 本発明の第2実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法(セット動作)を示す回路図である。 本発明の第2実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法(リセット動作)を示す回路図である。 本発明の第3実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造を示す平面図である。 本発明の第3実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造を示す概略断面図である。 本発明の第3実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 本発明の第3実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 本発明の第3実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。 抵抗記憶素子の電気特性を示すグラフである。
符号の説明
10…メモリセル
12…選択トランジスタ
14…抵抗記憶素子
16…コラムセレクタ
18…P型トランジスタ
20…N型トランジスタ
22…電流源
24…センスアンプ
26…書き込み回路
30…シリコン基板
32…素子分離舞う
34…ゲート電極
36,38…ソース/ドレイン領域
40,54,68…層間絶縁膜
42,44,56,70…コンタクトホール
46,48,58,72…コンタクトプラグ
50…グラウンド線
52…中継配線
60…下部電極
62…抵抗記憶層
64…上部電極
66…抵抗記憶素子
74…ビット線
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置並びにその書き込み方法及び読み出しについて図1乃至図3を用いて説明する。
図1は本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造を示す回路図、図2及び図3は本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法を示す回路図である。
はじめに、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の回路構成について図1を用いて説明する。
本実施形態による不揮発性半導体記憶装置は、1つの選択トランジスタ(第1のトランジスタ)12と1つの抵抗記憶素子14とからなるメモリセル10が、行方向(図面横方向)及び列方向(図面縦方向)に沿ってマトリクス状に配置されたものである。各メモリセル10は、選択トランジスタ12のドレイン端子に、抵抗記憶素子14の一方の端子を接続して構成されている。
行方向に並ぶメモリセル10には、これらメモリセル10に含まれる選択トランジスタ12のゲート端子を共通接続するワード線WLと、選択トランジスタ12のソース端子を共通接続するグラウンド線GNDとが設けられている。グラウンド線GNDは、基準電位(Vss)に接続されている。ワード線WL及びグランド線GNDは、メモリセル10の各行毎に設けられている。図1では、これら複数のワード線WL及びグラウンド線GNDを、WL,WL,WL…、GND,GND…と表している。
列方向に並ぶメモリセル10には、抵抗記憶素子14の端子のうち選択トランジスタ12が接続された側とは反対側の端子を共通接続するビット線BLが設けられている。ビット線BLは、メモリセル10の各列毎に設けられている。図1では、これら複数のビット線BLを、BL,BL,BLと表している。
各ビット線BLの一端には、N型トランジスタよりなるコラムセレクタ(第2のトランジスタ)16がそれぞれ設けられている。ビット線BLには、コラムセレクタ16のソース端子が接続されている。コラムセレクタ16のドレイン端子は、他のコラムセレクタ16のドレイン端子と共通接続され、P型トランジスタ18を介して電源線(Vdd)に接続されている。コラムセレクタ16のドレイン端子は、また、N型トランジスタ20を介して電流源22及びセンスアンプ24に接続されている。
次に、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法について図2及び図3を用いて説明する。
はじめに、高抵抗状態から低抵抗状態への書き換え動作、すなわちセットの動作について図2を用いて説明する。ここでは、図1において、ワード線WL及びビット線BLに接続された右上のメモリセル10に書き込みを行うものとする。
まず、ワード線WLに所定の駆動電圧を印加し、選択トランジスタ12をオン状態にする。このとき、ワード線WLに印加する駆動電圧Vwlは、選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrが、抵抗記憶素子14が高抵抗状態のときの抵抗値Rhighに対して十分に小さく、抵抗記憶素子14が低抵抗状態のときの抵抗値Rlowに対して十分に大きくなるように、設定する。駆動電圧Vwlは、例えば、電源電圧をVddとして、Vwl<Vddに設定することができる。
また、非選択のワード線WL,WL等には、例えば0Vを印加し、選択トランジスタ12をオフ状態にする。
次いで、コラムセレクタ16のゲート端子に所定の駆動電圧を印加し、コラムセレクタ16をオン状態にする。コラムセレクタ16のゲート端子には、抵抗記憶素子14のセット電圧Vsetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vset+Vth)以上の駆動電圧Vselを印加する。これにより、書き込み回路26とビット線BLとが接続され、ビット線BLが選択される。なお、書き込み回路26は、図1に示すP型トランジスタ18を含む書き込み電圧印加用の駆動回路である。
なお、駆動電圧Vselは、例えば、電源電圧Vddをコラムセレクタ16の閾値電圧Vth分だけ昇圧した電圧(Vdd+Vth)に設定することができる。コラムセレクタ16のゲート端子に印加する駆動電圧VselをVdd+Vthに設定しているのは、電源電圧Vddが低い世代(例えば、Vdd≦1.8V)の不揮発性半導体記憶装置を考慮したものである。すなわち、図2に示す回路においてコラムセレクタ16のゲート端子に印加する駆動電圧VselをVddに設定した場合、ビット線BLの電圧VblがVdd−Vthとなり、抵抗記憶素子14にセット電圧Vset以上の電圧を印加できない場合が想定されるからである。コラムセレクタ16のゲート端子に印加する駆動電圧Vselを昇圧しなくても抵抗記憶素子14にセット電圧Vset以上の電圧を印加できるような場合(例えば、電源電圧Vddが5Vの、5V系のトランジスタで回路が構成されている場合)には、コラムセレクタ16のゲート端子に昇圧した電圧を必ずしも印加する必要はない。
次いで、書き込み回路26から、抵抗記憶素子14のセット電圧Vset以上の書き込みパルス電圧を出力する。このとき、コラムセレクタ16のゲート端子には、抵抗記憶素子14のセット電圧Vsetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vset+Vth)以上の駆動電圧Vselが印加されているため、ビット線BLの電圧VblはVsel−Vthにクランプされる。
なお、書き込み回路26から出力する書き込みパルス電圧は、例えば、電源電圧Vddに設定することができる。この場合、駆動電圧VselをVdd+Vthに設定する上記の例では、ビット線BLの電圧Vblは電源電圧Vddにクランプされる。
これにより、抵抗記憶素子14及び選択トランジスタ12には、ビット線BLの電圧Vblが、抵抗記憶素子14の抵抗値及び選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrに応じた比率で分配されて印加される。
このとき、選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrは、抵抗記憶素子14が高抵抗状態のときの抵抗値Rhighに対して十分に小さくなるように制御されているため、ビット線BLの電圧Vblの殆どが高抵抗状態の抵抗記憶素子14に印加される。また、ビット線BLの電圧Vblは抵抗記憶素子14のセット電圧Vset以上の値に設定されているため、抵抗記憶素子14は高抵抗状態から低抵抗状態にセットされる。
セット動作の際の選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrを高めに制御しておくことにより、抵抗記憶素子14が高抵抗状態から低抵抗状態にセットした直後に、ビット線BLの電圧Vblの電圧の殆どが選択トランジスタ12に印加されることとなり、抵抗記憶素子14及び選択トランジスタ12を流れる電流は、選択トランジスタ12の素子抵抗によって制限される。すなわち、選択トランジスタ12を、電流制限素子として用いることができる。
この後、コラムセレクタ16及び選択トランジスタ14を順次オフ状態に戻し、セットの動作を完了する。
以上の書き込み方法を検証するため、0.18μmテクノロジを用いた不揮発性半導体記憶装置に関してSPICEシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、抵抗記憶素子14の高抵抗状態の抵抗値Rhighを80kΩ、低抵抗状態の抵抗値Rlowを4kΩ、セット電圧Vsetを1.5V、リセット電圧Vresetを0.5V、電源電圧Vddを1.8Vとした。また、コラムセレクタ16のゲート端子には電源電圧Vddを閾値電圧Vth分だけ昇圧した2.5Vを印加し、選択トランジスタ12のゲート端子には電源電圧Vddよりも低い1.0Vを印加した。また、コラムセレクタ16のゲート幅を3μm、選択トランジスタ12のゲート幅を0.36μmとした。
この結果、セット前の状態において、ノード2の電圧は1.64V、ノード1の電圧は0.08Vとなり、抵抗記憶素子14にはセット電圧を上回る1.56Vが印加され、正常にセット動作が行われることが判った。
また、セット後の状態においては、ノード2の電圧は1.56V、ノード1の電圧は1.31Vとなり、抵抗記憶素子14にはリセット電圧よりも低い0.25Vが印加され、セットした状態を維持できることが判った。
また、選択トランジスタ12のゲート端子に1.0Vを印加したときのチャネル抵抗は約21kΩであり、セット後に抵抗記憶素子14及び選択トランジスタ12に流れる電流は62.5μAに制限できることが判った。
次に、低抵抗状態から高抵抗状態への書き換え動作、すなわちリセットの動作について図3を用いて説明する。ここでは、図1において、ワード線WL及びビット線BLに接続された右上のメモリセル10に書き込みを行うものとする。
まず、ワード線WLに所定の駆動電圧を印加し、選択トランジスタ12をオン状態にする。ワード線WLに印加する駆動電圧Vwlは、選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrが、抵抗記憶素子14が低抵抗状態のときの抵抗値Rlowに対して十分に小さい値になるように、設定する。駆動電圧Vwlは、例えば、電源電圧Vddに設定することができる。
また、非選択のワード線WL,WL等には、例えば0Vを印加し、選択トランジスタ12をオフ状態にする。
次いで、コラムセレクタ16のゲート端子に所定の駆動電圧を印加し、コラムセレクタ16をオン状態にする。コラムセレクタ16のゲート端子には、抵抗記憶素子14のリセット電圧Vresetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vreset+Vth)以上であり、且つ、抵抗記憶素子14のセット電圧Vsetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vset+Vth)未満の駆動電圧Vsel(Vset+Vth>Vsel≧Vreset+Vth)を印加する。これにより、書き込み回路26とビット線BLとが接続され、ビット線BLが選択される。
なお、駆動電圧Vselは、例えば、電源電圧Vddに設定することができる。
次いで、書き込み回路26から、抵抗記憶素子14のセット電圧Vresetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vreset+Vth)以上の書き込みパルス電圧を出力する。このとき、コラムセレクタ16のゲート端子には、抵抗記憶素子14のリセット電圧Vresetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vreset+Vth)以上であり、且つ、抵抗記憶素子14のセット電圧Vsetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vset+Vth)未満の駆動電圧Vselが印加されているため、ビット線BLの電圧Vblは、Vsel−Vth(Vset>Vbl≧Vreset)にクランプされる。
なお、書き込みパルス電圧は、例えば、電源電圧Vddに設定することができる。この場合、駆動電圧Vselを電源電圧Vddに設定する上記の例では、ビット線BLの電圧Vblは、Vdd−Vthにクランプされる。
これにより、抵抗記憶素子14及び選択トランジスタ12には、ビット線BLの電圧Vbl(Vset>Vbl≧Vreset)が、抵抗記憶素子14の抵抗値及び選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrに応じた比率で分配されて印加される。
このとき、選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrは、抵抗記憶素子14が低抵抗状態のときの抵抗値Rlowに対して十分に小さくなるように制御されているため、ビット線BLの電圧Vblの殆どが低抵抗状態の抵抗記憶素子14に印加される。また、ビット線BLの電圧Vblは抵抗記憶素子14のリセット電圧V reset以上の値に設定されているため、抵抗記憶素子14は低抵抗状態から高抵抗状態にリセットされる。
抵抗記憶素子14が高抵抗状態にリセットされた直後、抵抗記憶素子14に印加される電圧が増加することが懸念される。しかしながら、ビット線BLの電圧VblはVsel−Vth(Vset>Vbl≧Vreset)にクランプされているため、抵抗記憶素子14に印加される電圧がセット電圧Vsetを超えることはなく、抵抗記憶素子14が再セットされることはない。
なお、駆動電圧Vsel及び書き込みパルス電圧を電源電圧Vddに設定する上記の例では、ビット線BLの電圧VblはVdd−Vthにクランプされることになるが、この電圧は通常は抵抗記憶素子14のセット電圧Vsetよりも低くなるため、再セットが生じるなどの問題はない。ビット線BLの電圧Vbl(=Vdd−Vth)が抵抗記憶素子14のセット電圧Vsetよりも高くなる場合には、セット動作の場合と同様、ワード線WLに印加する駆動電圧Vwlを低く設定し、選択トランジスタ12のチャネル抵抗を増加すればよい。これにより、選択トランジスタ12に分圧される電圧を増やし、抵抗記憶素子14に印加される電圧がセット電圧Vset以下になるように制御することができる。このときにワード線WLに印加する駆動電圧Vwlは、抵抗記憶素子14に印加される電圧がVreset以上、Vset未満になるように、適宜制御する。
この後、コラムセレクタ16及び選択トランジスタ12を順次オフ状態に戻し、リセットの動作を完了する。
以上の書き込み方法を検証するため、0.18μmテクノロジを用いた不揮発性半導体記憶装置に関してSPICEシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、抵抗記憶素子14の高抵抗状態の抵抗値Rhighを80kΩ、低抵抗状態の抵抗値Rlowを4kΩ、セット電圧Vsetを1.5V、リセット電圧Vresetを0.5V、電源電圧Vddを1.8Vとした。また、コラムセレクタ16のゲート幅を3μm、選択トランジスタ12のゲート幅を0.36μmとした。
この結果、リセット前の状態において、ノード2の電圧は0.99V、ノード1の電圧は0.43Vとなり、抵抗記憶素子14にはリセット電圧を上回る0.56Vが印加され、正常にリセット動作が行われることが判った。
また、リセット後の状態においては、ノード2の電圧は1.08V、ノード1の電圧は0.03Vとなり、抵抗記憶素子14にはセット電圧よりも低い1.05Vが印加され、リセットした状態を維持できることが判った。
次に、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の読み出し方法について図1を用いて説明する。ここでは、図1において、ワード線WL及びビット線BLに接続された右上のメモリセル10に記憶された情報を読み出すものとする。
まず、N型トランジスタ20及びビット線BLに接続されるコラムセレクタ16をオンにし、ビット線BLをプリチャージする。
次いで、ワード線WLに所定の駆動電圧(Vdd)を印加し、選択トランジスタ12をオンにする。
これにより、電流源22から供給される読み出し電流は、N型トランジスタ20、コラムセレクタ16、抵抗記憶素子14及び選択トランジスタ12を介してグラウンド線GNDに向かって流れる。これに伴い、ビット線BLには、抵抗記憶素子14の抵抗状態に応じた電圧Vreadが出力される。
次いで、センスアンプ24により、ビット線BLの電圧Vreadとリファレンス電圧Vrefとを比較し、その大小関係に基づいて抵抗記憶素子14が低抵抗状態であるのか高抵抗状態であるのかを判定する。
こうして、メモリセル10に記録された記憶情報の読み出しを行うことができる。
コラムセレクタ16をソースフォロア動作させてビット線BLの電位を所定の値にクランプすることによりリセット動作の際の再書き込みを防止する本発明の上記方式は、読み出し動作との整合性が優れており、読み出しも容易である。
抵抗変化を利用した他のメモリとしてはPRAM(相変化メモリ)やMRAM(磁気抵抗メモリ)等がある。これらメモリのメモリセルは、選択トランジスタ(Tr)とメモリ素子(R)とからなる1T−1Rセルが一般的であり、その接続は選択トランジスタがグラウンド側、メモリ素子がビット線BL側になっている。この回路は、いわゆるソース接地回路であり選択トランジスタは定電流源として働くため、電流読み出しが容易である。
一方、仮に選択トランジスタとメモリ素子とを逆に接続した場合、読み出し電流を流すことにより選択トランジスタのソース電位が上がり、ゲート−ソース間電圧(Vgs)が小さくなって素子抵抗が非常に大きくなるため、メモリ素子の抵抗変化を読み出しにくくなる。このため、選択トランジスタを書き込み動作の際にビット線BLの電圧をクランプするためのクランプトランジスタとして用いるのは好ましくない。
また、書き込み動作の際にビット線BLの電圧をクランプするためのトランジスタとしてコラムセレクタ16を用いることは、不揮発性半導体記憶装置の集積度を維持するうえでも有効である。ビット線BLの電圧をクランプするためには、クランプトランジスタのゲート幅をある程度大きくすることが好ましい。また、セット動作の際には、書き込み回路26−コラムセレクタ16−ビット線BL−選択トランジスタ12−抵抗記憶素子14から構成される経路において、抵抗記憶素子14にセット電圧Vsetが印加されるようにコラムセレクタ16のゲート電圧を閾値電圧Vth分の昇圧を行っているが、コラムセレクタ16のオン抵抗を下げるためにも、コラムセレクタ16のゲート幅をある程度大きくする方が好ましい。コラムセレクタ16は、ビット線BL毎に設置されるものであるから、レイアウト上の余裕があり、トランジスタのゲート幅を容易に大きくすることが可能であり、不揮発性半導体記憶装置の集積度に与える影響も小さい。
本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の読み出し方法では、読み出し回路として電流源22を設け、この電流源22から供給される読み出し電流を流すビット線BLをコラムセレクタ16によって選択する構成としている。このため、書き込み動作の際にビット線BLの電圧をクランプするためのクランプトランジスタとして、コラムセレクタ16を利用することができる。但し、書き込み動作の際にビット線BLの電圧をクランプするためのクランプトランジスタは、必ずしもコラムセレクタ16である必要はない。書き込み動作の際にビット線BLの電圧をクランプするためのトランジスタを、別個独立して各ビット線BLに設けるようにしてもよい。
このように、本実施形態によれば、抵抗記憶素子と、ドレイン端子が抵抗記憶素子の一方の端部に接続され、ソース端子が基準電圧に接続された選択トランジスタと、ソース端子が抵抗記憶素子の他方の端部に接続されたクランプトランジスタとを有する不揮発性半導体記憶装置を構成し、クランプトランジスタを介して抵抗記憶素子に書き込み電圧を印加して高抵抗状態から低抵抗状態に切り換える際に、選択トランジスタのチャネル抵抗が、抵抗記憶素子が高抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に小さく且つ抵抗記憶素子が低抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に大きくなるように、選択トランジスタのゲート端子に印加する駆動電圧を制御するので、抵抗記憶素子が低抵抗状態に切り換わった直後に書き込み電圧の殆どを選択トランジスタに印加することができる。これにより、素子に流れる電流を制限することができる。
また、クランプトランジスタを介して抵抗記憶素子に書き込み電圧を印加して低抵抗状態から高抵抗状態に切り換える際に、クランプトランジスタのゲート端子に印加する電圧を、抵抗記憶素子のリセット電圧とクランプトランジスタの閾値電圧との合計以上、抵抗記憶素子のセット電圧と前記閾値電圧との合計未満の値に設定することにより、抵抗記憶素子に印加される電圧を、リセット電圧以上、セット電圧未満の値に制御するので、抵抗記憶素子が高抵抗状態に切り換わった直後に抵抗記憶素子に印加される電圧をセット電圧未満に抑えることができる。これにより、抵抗記憶素子が再セットされるのを防止することができる。
また、上記クランプトランジスタとしては、ビット線を選択するコラムセレクタを適用することができる。したがって、メモリセルの基本構成の変更や集積度の低下をもたらすことなく、上記効果を奏することができる。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法について図4及び図5を用いて説明する。なお、図1に示す第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置と同様の構成には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
図4及び図5は本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法を示す回路図である。
本実施形態では、図1に示す第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の他の書き込み方法について示す。なお、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、基本的には第1実施形態の場合と同様である。本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法が第1実施形態の場合と異なる点は、書き込み電圧を定電圧とし、選択トランジスタのゲート端子に印加する駆動電圧をパルス電圧とする点である。
はじめに、高抵抗状態から低抵抗状態への書き換え動作、すなわちセットの動作について図4を用いて説明する。ここでは、図1において、ワード線WL及びビット線BLに接続された右上のメモリセル10に書き込みを行うものとする。
まず、書き込み回路26から書き込み電圧を印加する。書き込み電圧は、抵抗記憶素子14のセット電圧Vset以上の電圧とする。書き込み電圧は、例えば電源電圧Vddに設定することができる。
次いで、コラムセレクタ16のゲート端子に所定の駆動電圧Vselを印加し、コラムセレクタ16をオン状態にする。コラムセレクタ16のゲート端子には、抵抗記憶素子14のセット電圧Vsetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vset+Vth)以上の駆動電圧Vselを印加する。これにより、書き込み回路26とビット線BLとが接続され、ビット線BLの電圧VblはVsel−Vthにクランプされる。
なお、駆動電圧Vselは、例えば、電源電圧Vddをコラムセレクタ16の閾値電圧Vth分だけ昇圧した電圧(Vdd+Vth)に設定することができる。この場合、ビット線BLの電圧Vblは電源電圧Vddにクランプされる。電源電圧Vddを昇圧しなくても抵抗記憶素子14にセット電圧Vset以上の電圧を印加できるような場合には、第1実施形態の場合と同様、コラムセレクタ16のゲート端子に昇圧した電圧を必ずしも印加する必要はない。
次いで、ワード線WLに所定の駆動電圧(パルス電圧)を印加し、選択トランジスタ12をオン状態にする。このとき、ワード線WLに印加する駆動電圧Vwlは、選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrが、抵抗記憶素子14が高抵抗状態のときの抵抗値Rhighに対して十分に小さく、抵抗記憶素子14が低抵抗状態のときの抵抗値Rlowに対して十分に大きくなるように、設定する。駆動電圧Vwlは、例えば、電源電圧をVddとして、Vwl<Vddに設定することができる。
また、非選択のワード線WL,WL等には0Vを印加し、選択トランジスタ12をオフ状態にする。
これにより、抵抗記憶素子14及び選択トランジスタ12には、ビット線BLの電圧Vblが、抵抗記憶素子14の抵抗値及び選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrに応じた比率で分配されて印加される。
このとき、選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrは、抵抗記憶素子14が高抵抗状態のときの抵抗値Rhighに対して十分に小さくなるように制御されているため、ビット線BLの電圧Vblの殆どが高抵抗状態の抵抗記憶素子14に印加される。また、ビット線BLの電圧Vblは抵抗記憶素子14のセット電圧Vset以上の値に設定されているため、抵抗記憶素子14は高抵抗状態から低抵抗状態にセットされる。
セット動作の際の選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrを高めに制御しておくことにより、抵抗記憶素子14が高抵抗状態から低抵抗状態にセットした直後に、ビット線BLの電圧Vblの電圧の殆どが選択トランジスタ12に印加されることとなり、抵抗記憶素子14及び選択トランジスタ12を流れる電流は、選択トランジスタ12の素子抵抗によって制限される。すなわち、選択トランジスタ12を、電流制限素子として用いることができる。
この後、コラムセレクタ16をオフ状態に戻し、書き込み回路26からの書き込み電圧の印加を停止し、セットの動作を完了する。
次に、低抵抗状態から高抵抗状態への書き換え動作、すなわちリセットの動作について図5を用いて説明する。ここでは、図1において、ワード線WL及びビット線BLに接続された右上のメモリセル10に書き込みを行うものとする。
まず、書き込み回路26から書き込み電圧を印加する。書き込み電圧は、抵抗記憶素子14のリセット電圧Vreset以上の電圧とする。書き込み電圧は、例えば電源電圧Vddに設定することができる。
次いで、コラムセレクタ16のゲート端子に所定の駆動電圧を印加し、コラムセレクタ16をオン状態にする。コラムセレクタ16のゲート端子には、抵抗記憶素子14のリセット電圧Vresetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vreset+Vth)以上であり、且つ、抵抗記憶素子14のセット電圧Vsetとコラムセレクタ16の閾値電圧Vthとの合計電圧(Vset+Vth)未満の駆動電圧Vsel(Vset+Vth>Vsel≧Vreset+Vth)を印加する。これにより、書き込み回路26とビット線BLとが接続され、ビット線BLの電圧Vblは、Vsel−Vth(Vset>Vbl≧Vreset)にクランプされる。
なお、駆動電圧Vselは、例えば電源電圧Vddに設定することができる。この場合、ビット線BLの電圧Vblは電源電圧Vdd−Vthにクランプされる。
次いで、ワード線WLに所定の駆動電圧(パルス電圧)を印加し、選択トランジスタ12をオン状態にする。ワード線WLに印加する駆動電圧Vwlは、選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrが、抵抗記憶素子14が低抵抗状態のときの抵抗値Rlowに対して十分に小さい値になるように、設定する。駆動電圧Vwlは、例えば電源電圧Vdd設定することができる。
また、非選択のワード線WL,WL等には0Vを印加し、選択トランジスタ12をオフ状態にする。
これにより、抵抗記憶素子14及び選択トランジスタ12には、ビット線BLの電圧Vbl(Vset>Vbl≧Vreset)が、抵抗記憶素子14の抵抗値及び選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrに応じた比率で分配されて印加される。
このとき、選択トランジスタ12のチャネル抵抗Rtrは、抵抗記憶素子14が低抵抗状態のときの抵抗値Rlowに対して十分に小さくなるように制御されているため、ビット線BLの電圧Vblの殆どが低抵抗状態の抵抗記憶素子14に印加される。また、ビット線BLの電圧Vblは抵抗記憶素子14のリセット電圧Vset以上の値に設定されているため、抵抗記憶素子14は低抵抗状態から高抵抗状態にリセットされる。
抵抗記憶素子14が高抵抗状態にリセットされた直後、抵抗記憶素子14に印加される電圧が増加することが懸念される。しかしながら、ビット線BLの電圧VblはVsel−Vth(Vset>Vbl≧Vreset)にクランプされているため、抵抗記憶素子14に印加される電圧がセット電圧Vsetを超えることはなく、抵抗記憶素子14が再セットされることはない。
この後、コラムセレクタ16をオフ状態に戻し、書き込み回路26からの書き込み電圧の印加を停止し、リセットの動作を完了する。
このように、本実施形態によれば、抵抗記憶素子と、ドレイン端子が抵抗記憶素子の一方の端部に接続され、ソース端子が基準電圧に接続された選択トランジスタと、ソース端子が抵抗記憶素子の他方の端部に接続されたクランプトランジスタとを有する不揮発性半導体記憶装置を構成し、クランプトランジスタを介して抵抗記憶素子に書き込み電圧を印加して高抵抗状態から低抵抗状態に切り換える際に、選択トランジスタのチャネル抵抗が、抵抗記憶素子が高抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に小さく且つ抵抗記憶素子が低抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に大きくなるように、選択トランジスタのゲート端子に印加する駆動電圧を制御するので、抵抗記憶素子が低抵抗状態に切り換わった直後に書き込み電圧の殆どを選択トランジスタに印加することができる。これにより、素子に流れる電流を制限することができる。
また、クランプトランジスタを介して抵抗記憶素子に書き込み電圧を印加して低抵抗状態から高抵抗状態に切り換える際に、クランプトランジスタのゲート端子に印加する電圧を、抵抗記憶素子のリセット電圧とクランプトランジスタの閾値電圧との合計以上、抵抗記憶素子のセット電圧と前記閾値電圧との合計未満の値に設定することにより、抵抗記憶素子に印加される電圧を、リセット電圧以上、セット電圧未満の値に制御するので、抵抗記憶素子が高抵抗状態に切り換わった直後に抵抗記憶素子に印加される電圧をセット電圧未満に抑えることができる。これにより、抵抗記憶素子が再セットされるのを防止することができる。
また、上記クランプトランジスタとしては、ビット線を選択するコラムセレクタを適用することができる。したがって、メモリセルの基本構成の変更や集積度の低下をもたらすことなく、上記効果を奏することができる。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法について図6乃至図10を用いて説明する。なお、図1に示す第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置と同様の構成には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
図6は本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造を示す平面図、図7は本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造を示す概略断面図、図8乃至図10は本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程断面図である。
本実施形態では、図1に示す回路構成を実現する不揮発性半導体記憶装置の具体的な構造の一例及びその製造方法について説明する。
はじめに、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造について図6及び図7を用いて説明する。なお、図7は図6のA−A′線断面図である。
シリコン基板30上には、素子領域を画定する素子分離膜32が形成されている。それぞれの素子領域は、X方向に長い矩形形状を有している。これら複数の活性領域は、互いに千鳥格子状に配置されている。
素子分離膜32が形成されたシリコン基板30上には、Y方向に延在する複数のワード線WLが形成されている。ワード線WLは、各素子領域に、それぞれ2本ずつが延在している。ワード線WLの両側の活性領域には、ソース/ドレイン領域36,38が形成されている。これにより、各素子領域には、ワード線WLを兼ねるゲート電極34とソース/ドレイン領域36,38とを有する選択トランジスタが、それぞれ2つずつ形成されている。一の素子領域に形成された2つの選択トランジスタは、ソース/ドレイン領域36を共用している。
選択トランジスタ12が形成されたシリコン基板30上には、層間絶縁膜40が形成されている。層間絶縁膜40には、ソース/ドレイン領域36に接続されたコンタクトプラグ46と、ソース/ドレイン領域38に接続されたコンタクトプラグ48とが埋め込まれている。
層間絶縁膜40上には、コンタクトプラグ46を介してソース/ドレイン領域36(ソース端子)に電気的に接続されたグラウンド線50と、コンタクトプラグ48を介してソース/ドレイン領域38(ドレイン端子)に電気的に接続された中継配線52とが形成されている。グラウンド線50(GND)は、図7に示すように、Y方向に延在して形成されている。
グラウンド線50及び中継配線52が形成された層間絶縁膜40上には、層間絶縁膜54が形成されている。層間絶縁膜54には、中継配線52に接続されたコンタクトプラグ58が埋め込まれている。
コンタクトプラグ58が埋め込まれた層間絶縁膜54上には、抵抗記憶素子66が形成されている。抵抗記憶素子66は、コンタクトプラグ58、中継配線52及びコンタクトプラグ48を介してソース/ドレイン領域38に電気的に接続された下部電極60と、下部電極60上に形成された抵抗記憶材料よりなる抵抗記憶層62と、抵抗記憶層62上に形成された上部電極64とを有している。
抵抗記憶素子66が形成された層間絶縁膜54上には、層間絶縁膜68が形成されている。層間絶縁膜68には、抵抗記憶素子66の上部電極64に接続されたコンタクトプラグ72が埋め込まれている。
コンタクトプラグ72が埋め込まれた層間絶縁膜68上には、コンタクトプラグ72を介して抵抗記憶素子66の上部電極64に電気的に接続されたビット線74が形成されている。ビット線74(BL)は、図7に示すように、X方向に延在して形成されている。
こうして、図1に示すメモリセルアレイを構成する不揮発性半導体記憶装置が形成されている。
次に、本実施形態による不揮発性半導体装置の製造方法について図8乃至図10を用いて説明する。
まず、シリコン基板30内に、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法により、素子領域を画定する素子分離膜32を形成する。
次いで、シリコン基板30の素子領域上に、通常のMOSトランジスタの製造方法と同様にして、ゲート電極34及びソース/ドレイン領域36,38を有する選択トランジスタを形成する(図8(a))。
次いで、選択トランジスタが形成されたシリコン基板30上に例えばCVD法によりシリコン酸化膜を堆積した後、このシリコン酸化膜の表面を例えばCMP法により研磨し、シリコン酸化膜よりなり表面が平坦化された層間絶縁膜40を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜40に、ソース/ドレイン領域36,38に達するコンタクトホール42,44を形成する。
次いで、例えばCVD法によりバリアメタル及びタングステン膜を堆積後、これら導電膜をエッチバックし、コンタクトホール42,44内に、ソース/ドレイン領域36,38に電気的に接続されたコンタクトプラグ46,48を形成する(図8(b))。
次いで、コンタクトプラグ46,48が埋め込まれた層間絶縁膜40上に例えばCVD法により導電膜を堆積後、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによりこの導電膜をパターニングし、コンタクトプラグ46を介してソース/ドレイン領域36に電気的に接続されたグラウンド線50と、コンタクトプラグ48を介してソース/ドレイン領域38に電気的に接続された中継配線52とを形成する(図8(c))。
次いで、グラウンド線50及び中継配線52が形成された層間絶縁膜40上に例えばCVD法によりシリコン酸化膜を堆積した後、このシリコン酸化膜の表面を例えばCMP法により研磨し、シリコン酸化膜よりなり表面が平坦化された層間絶縁膜54を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜54に、中継配線52に達するコンタクトホール56を形成する。
次いで、例えばCVD法によりバリアメタル及びタングステン膜を堆積後、これら導電膜をエッチバックし、コンタクトホール56内に、中継配線52、コンタクトプラグ48を介してソース/ドレイン領域38に電気的に接続されたコンタクトプラグ58を形成する(図9(a))。
次いで、コンタクトプラグ58が埋め込まれた層間絶縁膜54上に、例えばスパッタ法により、例えばプラチナ膜を堆積する。
次いで、プラチナ膜上に、例えばレーザアブレーション、ゾルゲル、スパッタ、MOCVD等によりTiO膜を堆積し、TiO膜を形成する。
次いで、TiO膜上に、例えばスパッタ法により、例えばプラチナ膜を堆積する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、プラチナ膜/TiO膜/プラチナ膜よりなる積層膜をパターニングする。こうして、プラチナ膜よりなりコンタクトプラグ58、中継配線52及びコンタクトプラグ48を介してソース/ドレイン領域38に電気的に接続された下部電極60と、下部電極60上に形成されたTiO膜よりなる抵抗記憶層62と、抵抗記憶層62上に形成されたプラチナ膜よりなる上部電極64とを有する抵抗記憶素子66を形成する(図9(b))。
なお、抵抗記憶層62を構成する抵抗記憶材料としては、TiOのほか、例えば、NiO、YO、CeO、MgO、ZnO、ZrO、HfO、WO、NbO、TaO、CrO、MnO、AlO、VO、SiO等を適用することができる。また、Pr1−xCaMnO、La1−xCaMnO、SrTiO、YBaCu、LaNiO等の複数の金属や半導体原子を含む酸化物材料を適用することもできる。これら抵抗記憶材料は、単体で用いてもよいし積層構造としてもよい。
また、下部電極60及び上部電極64を構成する電極材料としては、プラチナのほか、例えば、Ir、W、Ni、Au、Cu、Ag、Pd、Zn、Cr、Al、Mn、Ta、Si、TaN、TiN、Ru、ITO、NiO、IrO、SrRuO、CoSi、WSi、NiSi、MoSi、TiSi、Al−Si、Al−Cu、Al−Si−Cu等を適用することができる。下部電極60を構成する電極材料と上部電極64を構成する電極材料とは、同じでも異なってもよい。
次いで、抵抗記憶素子66が形成された層間絶縁膜54上に例えばCVD法によりシリコン酸化膜を堆積した後、このシリコン酸化膜の表面を例えばCMP法により研磨し、シリコン酸化膜よりなり表面が平坦化された層間絶縁膜68を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜68に、抵抗記憶素子66の上部電極64に達するコンタクトホール70を形成する。
次いで、例えばCVD法によりバリアメタル及びタングステン膜を堆積後、これら導電膜をエッチバックし、コンタクトホール70内に、抵抗記憶素子66の上部電極64に接続されたコンタクトプラグ72を形成する(図10(a))。
次いで、コンタクトプラグ72が埋め込まれた層間絶縁膜68上に導電膜を堆積後、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによりこの導電膜をパターニングし、コンタクトプラグ72を介して抵抗記憶素子66の上部電極64に電気的に接続されたビット線74を形成する(図10(b))。
この後、必要に応じて更に上層の配線層等を形成し、不揮発性半導体装置を完成する。
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、ビット線の電圧をクランプするトランジスタとしてビット線選択用のコラムセレクタを利用したが、ビット線の電圧をクランプするトランジスタはこれに限定されるものではない。ビット線の電圧をクランプするトランジスタには、書き込み回路とビット線との間に設けられた他のトランジスタを利用してもよいし、書き込み回路とビット線との間に新たに設けてもよい。
また、上記実施形態では、抵抗記憶層62がTiOよりなる抵抗記憶素子66を用いたが、抵抗記憶素子66の抵抗記憶層62はこれに限定されるものではない。本願発明に適用可能な抵抗記憶材料としては、TiO、NiO、YO、CeO、MgO、ZnO、ZrO、HfO、WO、NbO、TaO、CrO、MnO、AlO、VO、SiO等が挙げられる。或いは、Pr1−xCaMnO、La1−xCaMnO、SrTiO、YBaCu、LaNiO等の複数の金属や半導体原子を含む酸化物材料を用いることもできる。これら抵抗記憶材料は、単体で用いてもよいし積層構造としてもよい。
また、上記実施形態では、上部電極60及び下部電極64をプラチナにより構成したが、電極の構成材料はこれに限定されるものではない。本願発明に適用可能な電極材料としては、例えば、Ir、W、Ni、Au、Cu、Ag、Pd、Zn、Cr、Al、Mn、Ta、Si、TaN、TiN、Ru、ITO、NiO、IrO、SrRuO、CoSi、WSi、NiSi、MoSi、TiSi、Al−Si、Al−Cu、Al−Si−Cu等が挙げられる。
また、第3実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造は、図1に示す回路構成を実現する一例を示したものであり、不揮発性半導体記憶装置の構造はこれに限定されるものではない。
本発明による不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法は、メモリセルの基本構成の変更や集積度の低下をもたらすことなく、セット動作の際の電流制限及びリセット動作の際の再セット防止を容易に実現するものである。したがって、本発明による不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法は、高集積且つ高性能の不揮発性半導体記憶装置の信頼性を向上するうえで極めて有用である。

Claims (3)

  1. 高抵抗状態と低抵抗状態とを記憶し、電圧の印加によって前記高抵抗状態と前記低抵抗状態とを切り換える抵抗記憶素子と、ドレイン端子が前記抵抗記憶素子の一方の端部に接続され、ソース端子が基準電圧に接続された第1のトランジスタと、ソース端子が前記抵抗記憶素子の他方の端部に接続された第2のトランジスタとを有する不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法であって、
    前記第2のトランジスタを介して前記抵抗記憶素子に書き込み電圧を印加して前記低抵抗状態から前記高抵抗状態に切り換える際に、前記第2のトランジスタのゲート端子に印加する電圧を、前記抵抗記憶素子のリセット電圧と前記第2のトランジスタの閾値電圧との合計以上、前記抵抗記憶素子のセット電圧と前記閾値電圧との合計未満の値に設定することにより、前記抵抗記憶素子に印加される電圧を、前記リセット電圧以上、前記セット電圧未満の値に制御する
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
  2. 請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法において、
    前記第2のトランジスタのドレイン端子に印加する前記書き込み電圧を、前記抵抗記憶素子のリセット電圧と前記閾値電圧との合計以上の値に設定する
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
  3. 高抵抗状態と低抵抗状態とを記憶し、電圧の印加によって前記高抵抗状態と前記低抵抗状態とを切り換える抵抗記憶素子と、
    ドレイン端子が前記抵抗記憶素子の一方の端部に接続され、ソース端子が基準電圧に接続された第1のトランジスタと、
    ソース端子が前記抵抗記憶素子の他方の端部に接続された第2のトランジスタと、
    前記抵抗記憶素子を前記高抵抗状態から前記低抵抗状態に切り換える際に、前記第1のトランジスタのチャネル抵抗が、前記抵抗記憶素子が高抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に小さく且つ前記抵抗記憶素子が低抵抗状態のときの抵抗値よりも十分に大きくなるように、前記第1のトランジスタのゲート端子に印加する電圧を制御し、前記抵抗記憶素子を前記低抵抗状態から前記高抵抗状態に切り換える際に、前記第2のトランジスタのゲート端子に印加する電圧を、前記抵抗記憶素子のリセット電圧と前記第2のトランジスタの閾値電圧との合計以上、前記抵抗記憶素子のセット電圧と前記閾値電圧との合計未満の値に設定することにより、前記抵抗記憶素子に印加される電圧を、前記リセット電圧以上、前記セット電圧未満の値に制御する制御回路と
    を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
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